잔류응력의 영향과 제거

핵심 정리

잔류응력은 외력을 제거한 뒤에도 재료 속에 남아 있는 내부 응력이다. 이 응력은 재료 내부에서 내력끼리 정적 평형을 이루도록 분포한다. 외력이 작용하지 않는 상태에서도 나타난다는 점이 잔류응력의 핵심 특징이며, 재료 내부의 응력 상태는 외력만으로 결정되지 않는다.

잔류응력은 냉간 가공처럼 재료에 불균일한 변형이 남는 경우와 불균일한 냉각으로 생길 수 있다. 재료의 불균일한 소성변형으로 생긴다. 온도변화나 온도구배에 의하여도 잔류응력이 발생한다.

잔류응력은 열처리로 제거할 수 있다. 응력 제거는 금속을 하부 임계 온도 이하로 가열한 뒤 균일하게 냉각하는 방식으로 이루어진다. 추가적인 소성변형을 통해서도 잔류응력을 제거하거나 줄일 수 있다. 이처럼 잔류응력은 열처리나 소성변형으로 제거 대상으로 다뤄진다.

그래서 잔류응력은 제거해야 할 대상이면서 주물 설계 단계에서 줄여야 할 대상이기도 하다. 잔류응력이 방치되면 골절이나 변형 같은 문제로 이어질 수 있다는 점도 함께 기억해 둘 만하다. 잔류응력의 효과는 부호와 위치에 따라 달라지므로, 같은 잔류응력이라도 표면에 있는지부터 구분해야 한다.

자세히

열처리의 종류와 목적

풀림과 뜨임은 모두 열처리지만 목적이 다르다. 풀림은 내부 응력을 제거하고 재료를 연화시켜 절삭성과 가공성을 높이는 열처리다. 뜨임은 담금질 뒤에 담금질 온도보다 낮은 온도에서 일정 시간 유지하여 잔류응력을 제거하고 인성을 주는 열처리다. 풀림은 가공 전 재료를 부드럽게 만드는 과정이고, 뜨임은 담금질 뒤 재료가 지나치게 단단하고 깨지기 쉬운 상태를 완화하는 과정이다. 이 둘은 잔류응력을 없앤다는 점에서는 같다. 외울 때는 풀림은 연화, 뜨임은 인성으로 정리하면 된다.

응력 제거 열처리는 용접 과정에서 생긴 응력의 일부를 줄이기 위해 공기 탱크, 보일러, 압력 탱크 같은 품목에 일반적으로 쓰인다.